王有康的数控恒流源的设计

数

控

恒

流

源

的

设

计

姓名：王有康

学号：311108001621

指导老师：张新良

所在学院：电气工程与自动化学院

目录

一. 摘要 (3)

二.任务要求 (4)

三.系统框图 (5)

四.电路设计 (6)

4.1直流稳压电路 (6)

4.2恒流源电路 (7)

4.3主控电路模块 (9)

4.4 AD转换模块 (9)

4.5 DA转换模块 (10)

五. 软件部分 (12)

六.结论 (15)

七.体会及总结 (15)

附录一元件清单 (16)

附录二参考文献 (17)

一、摘要

设计利用集成运放、场效应管对电流放大与单片机的自动控制来实现数控直流电流源。系统有控制模块与恒流源模块组成。控制模块使用STC89C51结合按键与1602液晶显示，实现对恒流源的数控和预设值的显示。恒流源模块采用UA741与IRFZ44N组成的反馈放大电路实现对电流的放大。控制到恒流源的信号转换采用DAC0832来实现；实测显示模块有ADC0804组成的显示电路来显示。并使用自制电源进行供电我希望通过这次设计能够学会发现。分析和解决工程实践问题的技能和方法，将所学知识综合应用于工程实践中，培养出严谨的科学态度和一定的实践技能、良好的工程意识。

关键词：STC89C51，恒流源，ADC0804，DAC0832，UA741，闭环控制。

二、任务要求

设计并制作以DC-DC变换器为核心的数控恒流电源，电路框图如图1所示。

图1 电路框图

要求：

在输入电压U i为15V/DC(波动范围12V~18V)及电阻负载条件下，使电源满足：

（1）输出电流I o可调范围：200mA～2000mA；最大输出电压U omax：10V；

（2）U i从12V变到18V时，电流调整率S I ≤4%（I o＝1000mA，负载为5Ω的条件下测试）；

（3）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，负载调整率S R≤4%（U i=15V， I o＝1000mA，负载在1Ω～5Ω条件下测试）；

（4）输出噪声纹波电流≤30mA（U i =15V，U o=10V，I o=2000mA）；

（5）整机效率≥70%（U i=15V，U o=10V，I o=2000mA）；

(6) 具有输出电流的测量和数字显示功能；

(7) 其它；

三、系统框图

采用STC89C51单片机作为整机的控制单元，通过改变DAC0832的输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的栅极电压发生变化，间接地改变输出电流的大小。为了使系统能够具备检测实际输出电流值的大小，可以将电流转换成电压，并经过ADC0804进行模数转换，间接使单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。此系统比较灵活，采用软件方法来解决数据的预置以及电流的步进控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。本方案的基本原理如图如下示。

液晶显示

图2系统框图

四、电路设计

1.直流稳压电源电路

本设计共用到电源有三种：即±12V 、+5V 。可选用的有开关电源和稳压电源两种，由于开关电源的纹波系数比较大。因此采用常用的稳压电源来作为整个系统的电源。稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成，如图2所示：

图3 电源方框及波形图

整流和滤波电路：整流作用是将交流电压U2变换成脉动电压U3。滤波电路一般由电容组成，其作用是脉动电压U3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压U4。再通过稳压电路得到平直的直流电压U5。

因此该电源按常规设计，即用降压变压器把220V 市电变成较低的交流电，再通过整流桥将交流变为直流，并上电容滤波再接入78X 和79X 系列稳压块稳压，从而得到5V ，±12V 的电压源。其中5V 电源采用半波整流，以减小7805的输入电压。从而使得稳压快的功耗降低，发热量减小，保证电路的长时间工作。电路原理图分别如图3和图4所示：

AC

+

C9470u

+C11

100u

C100.33u

C12104

Vin

1

Vout

3

G N D

2

U7

7805

VCC

D1

DIODE

图4 +5V ， 12V 电源

2.恒流源模块：

恒流源分为流控式与压控式，由于压控式易于实现，电路实现相对简单；因此本模块使用了压控式恒流源。压控式恒流源可以有集成运放芯片与晶体复合管或场效应管来实现；但由于晶体复合管实现起来比较复杂，发热量相对MOS 管相对较大，性能参数相对MOS 管较差；因此本模块采用高精度集成运放芯片UA741与大功率场效应管IRFZ44N 相结合构成的恒流源。

压控恒流源是系统的重要组成部分,它的功能用电压来控制电流的变化,由于系统对输出电流大小和精度的要求比较高,所以选好压控恒流源电路显得特别重要。

恒流源是采用了电流反馈的方式来稳定电流的,下图是个典型的正向电流源,利用运放虚短的概念,使R3上的电压保持与V 一致，来获得一个I=V/R3的恒流源。

该恒流源电路由运算放大器、大功率场效应管Q1、采样电阻R3、负载电阻R4等组成。电路原理图如图所示 ：

1

2

3

4

D2

BRIDGE1

AC

AC

Vin

1

Vout

3

G N D

2

U97812

Vin 1

Vout 3G N D

2

U8

7912

+

C13470u +C14470u

+

C17

100u

+C18100u

C150.33u

C160.33u

C19104

C20104

+12

-12